什么电池让廉价安全的储能技术成为有可能？
来源：宝鄂实业
2019-04-16 10:35
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近日，四级飓风“哈维”横扫美国得州南部沿岸，导致30万户停电。不过，美国休斯顿大学电子工程系和得州超导中心教授姚彦新研发出的镁电池，倒是为人们应对灾害断电问题带来希望。该团队的新型镁电池，使廉价安全的储能技术成为可能。
姚彦就其最新发表在《自然·通讯》杂志上的成果接受科技日报采访时说：“新型储能技术可作为对抗飓风时的备用能源，也可以使得电网更加稳定。”当前储能技术包括超级电容、铅酸电池、锂电池等，不同技术的供电功率和时长也不相同。选取何种储能技术需要综合考虑地理位置、成本、安全性、循环寿命、能量密度等指标。
镁电池以镁金属为负极，相对于锂离子电池而言，具有三个突出优势：镁在地壳中含量丰富，约为13.9%；镁负极的体积比容量是锂金属的两倍;在充放电过程中，镁金属负极不产生枝晶，因此安全性高。不过，镁离子的固相扩散十分缓慢，难以找到适合镁离子储存的正极嵌入材料。“寻找高比容量与工作电压的正极材料成为发展镁电池的关键。”姚彦说。
针对这一问题，他们开发出新一代的正极镁电池材料，使得该电池可获得高达400毫安时/克的质量比容量，同早期镁电池正极相比，效能提高了四倍。目前该镁电池电压大约1伏左右，正在研发的下一代电池电压可以提到接近3伏。
虽然目前该研究尚处于早期阶段，产业化还没有具体时间表，但它提出了一个新的研究思路，对廉价安全的多价离子电池具有指导价值。姚彦希望，镁电池技术可以为今后灾难天气下储能技术提供解决方案。 国际航空运输协会（IATA，以下简称“国际航协”）近日宣布，该协会出版了第一版运营商《锂电池风险防范指引》，这项免费的在线指引材料为航空公司提供了与锂电池航空运输及安全操作相关的重要信息。
“国际航协”的安全与运行副总裁凯文·希亚特（KevinHiatt）称，“在设计、测试、制造、包装都符合全球安全标准的情况下，锂电池是可以安全运输的。由行业领先的潜在危险品处理团队参与制定的《锂电池风险防范指引》为运营商提供了宝贵的参考资料。”
除了可以免费获取外，《锂电池风险防范指引》无版权收费，允许免费下载并分发给感兴趣的用户。
凯文·希亚特表示，“无论是客运航空还是货运航空，运营商们都可以依照本指引，随着需要指引还会进行更新和补充。”据了解，这项研究公布了制造这种新材料的全新方法，该材料能够可逆地存储高度活跃的镁离子。该研究团队宣称，这意味着他们向镁电池又迈出了重要一步。迄今为止，只有极少数无机材料表现出了可逆的镁离子吸收和排除能力，这对于镁电池来说是至关重要的。
姚彦就其最新发表在《自然·通讯》杂志上的成果接受科技日报采访时说：“新型储能技术可作为对抗飓风时的备用能源，也可以使得电网更加稳定。”当前储能技术包括超级电容、铅酸电池、锂电池等，不同技术的供电功率和时长也不相同。选取何种储能技术需要综合考虑地理位置、成本、安全性、循环寿命、能量密度等指标。
镁电池以镁金属为负极，相对于锂离子电池而言，具有三个突出优势：镁在地壳中含量丰富，约为13.9%；镁负极的体积比容量是锂金属的两倍;在充放电过程中，镁金属负极不产生枝晶，因此安全性高。不过，镁离子的固相扩散十分缓慢，难以找到适合镁离子储存的正极嵌入材料。“寻找高比容量与工作电压的正极材料成为发展镁电池的关键。”姚彦说。
针对这一问题，他们开发出新一代的正极镁电池材料，使得该电池可获得高达400毫安时/克的质量比容量，同早期镁电池正极相比，效能提高了四倍。目前该镁电池电压大约1伏左右，正在研发的下一代电池电压可以提到接近3伏。
虽然目前该研究尚处于早期阶段，产业化还没有具体时间表，但它提出了一个新的研究思路，对廉价安全的多价离子电池具有指导价值。姚彦希望，镁电池技术可以为今后灾难天气下储能技术提供解决方案。 国际航空运输协会（IATA，以下简称“国际航协”）近日宣布，该协会出版了第一版运营商《锂电池风险防范指引》，这项免费的在线指引材料为航空公司提供了与锂电池航空运输及安全操作相关的重要信息。
“国际航协”的安全与运行副总裁凯文·希亚特（KevinHiatt）称，“在设计、测试、制造、包装都符合全球安全标准的情况下，锂电池是可以安全运输的。由行业领先的潜在危险品处理团队参与制定的《锂电池风险防范指引》为运营商提供了宝贵的参考资料。”
除了可以免费获取外，《锂电池风险防范指引》无版权收费，允许免费下载并分发给感兴趣的用户。
凯文·希亚特表示，“无论是客运航空还是货运航空，运营商们都可以依照本指引，随着需要指引还会进行更新和补充。”据了解，这项研究公布了制造这种新材料的全新方法，该材料能够可逆地存储高度活跃的镁离子。该研究团队宣称，这意味着他们向镁电池又迈出了重要一步。迄今为止，只有极少数无机材料表现出了可逆的镁离子吸收和排除能力，这对于镁电池来说是至关重要的。
研究的共同负责人，伦敦大学学院的Ian Johnson博士称：“锂离子技术已经接近它的能力极限，因此对于我们来说，找到其他化学物打造出容量更大而且设计更简单的电池是非常重要的。镁电池技术一直被认为有可能成为延长手机和电动汽车续航能力的解决方案，但是阴极材料的选取一直都是一种挑战。”
锂离子电池的限制因素之一就是它的阳极。出于安全考虑，锂离子电池中必须使用低容量的碳棒，因为纯锂材料的阳极能够引发危险的短路甚至起 火。相比之下，镁作为阳极更加安全，因此阴极材料与镁搭配会让电池体积更小但储存能力更强。
之前的研究使用计算机模型进行了预测，镁铬氧化物（MgCr2O4）是镁电池阴极的理想候选材料。受其启发，伦敦大学学院的研究人员通过一个快速的低温反应获得了一种5纳米宽的无序镁铬氧化物。伊利诺伊大学的研究人员将这种材料与正常7纳米宽的有序镁铬氧化物进行了镁活性的比较。
他们借助一系列不同的技术检测两种材料在活性测试中的结构和化学变化。这两种晶体材料的表现完全不同。伦敦大学学院教授Jawwad Darr解释称：“这表明未来的电池或许将依赖于无序的非传统结构。这一研究的重要性在于，它能帮助我们了解其他存在结构缺陷的材料是否有可能应用于可逆的电池存储技术。”
未来，该研究团队计划将他们的研究推广到其他无序的结构材料上，以此确定未来能够实现存储容量的提升并且研发出一种实用的镁电池。
